新形式的合成黑色素：“真菌幽灵”保护皮肤/织物免受毒素或辐射的侵害

导读：据外媒报道，几十年来，创造选择性多孔材料的想法一直吸引着化学家的注意力。

据外媒报道，几十年来，创造选择性多孔材料的想法一直吸引着化学家的注意力。现在，来自美国西北大学的新研究表明，真菌可能数百万年来一直在做这样的事情。当Nathan Gianneschi的实验室着手合成黑色素，模仿某些已知居住在不寻常的不利环境（包括宇宙飞船、洗碗机，甚至切尔诺贝利）中的真菌所形成的黑色素时，他们最初并没有想到这种材料会被证明是高度多孔的--这种特性使材料能够存储和捕获分子。

在整个生物体内，我们的皮肤和眼睛背面都发现了黑色素，并作为许多动物和植物的色素。它还在保护物种免受环境压力方面发挥着作用。例如，龟头海蛇的条纹在污染的水中会变黑；生活在工业区的飞蛾在细胞吸收烟尘中的毒素后会变成黑色。研究人员想知道，是否可以让这种生物材料更像海绵，以优化这些特性。而反过来，自然界中是否已经存在海绵状的黑色素。

“黑色素的功能并不是在所有时间和所有情况下都完全清楚，”该研究的作者Gianneschi说。“它当然是人类皮肤中的自由基清除剂，并能防止紫外线伤害。现在，通过合成，我们偶然发现了这种令人兴奋的材料，它很可能存在于自然界中。真菌可能会制造这种材料来增加它们细胞的机械强度，但却是多孔的，允许营养物质穿过。”

该研究将于2021年3月5日发表在《美国化学会杂志》上。

在实验室中创造这种材料的能力是令人鼓舞的，原因有很多。在典型的无孔材料中，颗粒只在表面吸附。但像别致素这样的多孔材料可以吸收和保持不良毒素，同时让空气、水和营养物质等好东西通过。这可能允许制造商为制服创造透气，保护性涂层。

“你总是因为发现一些潜在有用的东西而感到兴奋，”Gianneschi说。“但也有一个有趣的想法，即通过发现这一点，也许更多这样的材料已经存在于生物学中。化学合成导致生物发现的例子并不多。大多数情况下都是反过来的。”

实验室的研究生研究员、论文的第一作者Naneki McCallum曾注意到，在合适的条件下，黑色素似乎是中空的，或者可以让黑色素包含电子显微镜下看起来像空洞的东西。当团队遇到这种合成材料时，他们开始实验材料的多孔性和选择性，以吸附这些空隙中的分子。

在一次关键的演示中，该团队与海军研究实验室的研究人员合作，能够证明新的多孔黑色素会起到保护涂层的作用，防止神经气体的模拟物通过。在这一结果的启发下，他们又从真菌细胞中分离出天然存在的黑色素。这是通过从内部蚀去生物材料，留下一个含有黑色素的外壳来实现的。他们将这些结构称为“真菌幽灵”，因为这种难以捉摸的中空形状具有 "卡斯伯（Casper） "般的品质。这种源自真菌的材料，还可以反过来作为织物的保护层。值得注意的是，这种材料能保持透气性，让水通过，同时又能捕捉毒素。

这种材料的另一个好处是它的简单性，因为它很容易从简单的分子前体中生产和放大。未来，它可以用来制作防护口罩和面罩，并有可能应用于长距离太空飞行。太空中的涂层材料将允许宇航员储存他们呼吸出来的毒素，同时保护自己免受有害辐射，从而减少浪费和重量。

这也是向选择性膜迈出的一步，这是一个高度复杂的研究领域，旨在采取像水这样的化合物，并允许健康的矿物质通过，同时阻止汞等重金属。

“真菌可以在其他生物挣扎的地方茁壮成长，它们有黑色素来帮助它们做到这一点，”McCallum说。“所以，我们问，我们可以通过在实验室中重新创造这样的材料来利用哪些特性？”